Микроволновое радиометрическое зондирование снежного покрова в Сибири по данным спутников Метеор-М №1 и Aqua

Определяющими факторами, влияющими на спектр яркостной температуры уходящего микроволнового излучения Тя(ν) над материковыми покровами в умеренных и высоких широтах зимой, являются характеристики подстилающей поверхности, толщина и структура снега и температура воздуха у поверхности. Использование пассивных микроволновых измерений для восстановления количественных характеристик сухого снежного покрова основано на том, что появление снежного покрова, увеличение его толщины и изменение структуры приводят к заметному изменению спектра Тя(ν), что следует из анализа наземных и спутниковых измерений и результатов моделирования. Основная причина изменчивости Тя(ν) – рассеяние микроволнового излучения в сухом снежном покрове, которое возрастает с частотой ν, а на фиксированной частоте – с увеличением толщины снега, что сопровождается его метаморфизмом (увеличением размера снежных кристаллов и др.) [1-3]. Индикатором этого процесса может служить разность Тя на двух частотах, на одной из которых влияние рассеяния мало, а на другой - значительно. При увеличениии влажности снега зависимость Тя(ν) выражена слабо, и оценка толщины не может быть сделана [4]. Цель работы – оценка возможности использования данных, полученных со спутника Метеор-М №1 радиометром МТВЗА-ГЯ на частотах ν = 18.7, 36.7, 42.0 и 48.0 ГГц на вертикальной (В) и горизонтальной (Г) поляризациях при угле визирования 65°, для индикации эволюции снежного покрова в Сибири. Данные МТВЗА-ГЯ сопоставлены с квазисинхронными яркостными температурами, измеренными со спутника Aqua радиометром AMSR-E на ν = 18.7 и 36.5 ГГц на В и Г-поляризациях при угле визирования 55°. Временные ряды Тя(ν) и температуры воздуха за период октябрь 2010 – февраль 2011 были подготовлены для двух тестовых участков размером 10°10°, центры которых находились в Салехарде (станция 23330,  = 66°50,  = 66°58) и в Якутске (станция 24959,  = 62°02,  = 129°72). Климатические условия станций, проведение снегомерной съемки и выпуск радиозондов в сочетании с разнообразием типов подстилающей поверхности в пределах тестовых участков обеспечивают получение сопутствующей информации, необходимой для интерпретации данных зондирования сухого снежного покрова из космоса. Микроволновое зондирование со спутника Метеор-М № 1 выполнялось на восходящих витках примерно в 15 Гр. (Салехард, местное время 19 час) и в 12 Гр. (Якутск, местное время 21 час) и на нисходящих витках примерно в 05 Гр. и 02 Гр. (местное время 09 час и 10 час, соответственно для Салехарда и Якутска). Наряду со средними для всего участка яркостными температурами Тяср, были проанализированы временные ряды Тя для одноградусных квадратов с различными типами подстилающей поверхности. По данным AMSR-E на ν = 18.7 и 36.5 ГГц по алгоритмам [1] были получены оценки толщины (водного эквивалента) снега (http://nsidc.org/data/docs/daac/ae_swe_ease-grids.gd.html). Погрешность оценки будет определена после получения данных снегомерной съемки. Аналогичные алгоритмы могут быть разработаны для радиометра МТВЗА-ГЯ, для чего необходимо располагать сведениями о спектрах коэффициентов излучения различных видов подстилающей поверхности при угле визирования 65°, что позволит подготовить массив расчетных значений Тя(ν). Применение алгоритмов может быть затруднено из-за погрешности калибровки и нестабильности работы аппаратуры. На данном этапе работы эволюция снежного покрова в тестовых участках была исследована преимущественно по временным рядам Тя на частотах 18.7, 36.5, 42.0 и 48.0 ГГц.
Литература
1. Голунов В.А., Короткое В.А., Сухонин Е.В. Эффекты рассеяния при излучении миллиметровых волн атмосферой и снежным покровом // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. М.: ВИНИТИ, 1990. Т. 41. С. 68–136.
2. Голунов В.А. Тепловое излучение сухого однородного снежного покрова в диапазоне ММВ // Успехи соврем. радиоэлектроники. 2002. № 6. С. 35–44.
3. Grippa M., Mognard N.M., Letoan T. et al. Siberia snow depth climatology from SSM/I data using a combined dynamic and static algorithm // Remote Sensing Environment. 2004. V. 93. P. 30-41.
4. Kelly R.E.J. The AMSR-E snow depth algorithm: Description and initial results // Japanese J. Rem. Sensing. 2009. Vol. 29. No. 1. P. 307-317. (GLI/AMSR Special Issue).

Работа выполнена при поддержке договора 1-9/1 с Научно-технологическим центром «Космонит» ОАО «Российские космические системы» и соглашения между ТОИ ДВО РАН и JAXA.